Keemiline koostis: määrav tegur
Kõige olulisem erinevus roostevabast terasest torude ja süsinikterasest torude vahel seisneb nende keemilises koostises, mis määrab peaaegu kõik muud nende materjalide omadused. Süsinikterasest toru on sulam, mis koosneb peamiselt rauast ja süsinikust ning mille süsinikusisaldus on tavaliselt vahemikus 0,05–2,0%. Süsinikterase omadused määratakse peamiselt selle süsinikusisalduse järgi, kusjuures muude legeerivate elementide, nagu kroom, mangaan, koobalt või volfram, kogused jäävad määramata. Seevastu roostevabast terasest toru sisaldab rauda, süsinikku ja vähemalt 10,5% kroomi. See kroomilisand on peamine eristaja: see moodustab terase pinnale õhukese, nähtamatu iseparaneva kroomoksiidi kihi. See passiivne kiht pakub erakordset kaitset korrosiooni ja määrdumise eest – see omadus puudub süsinikterasel. Kuigi mõlemad materjalid sisaldavad süsinikku, loovad süsiniku kogus ja kroomi olemasolu torustike jaoks kaks täiesti erinevat materjalikategooriat.
Mehaanilised omadused ja jõudlus
Süsinikterasest ja roostevabast terasest torude mehaanilised omadused erinevad oluliselt nende erineva legeerimisstrateegia tõttu. Süsinikterasest toru on tuntud oma erakordse tugevuse ja vastupidavuse poolest, mistõttu on see eelistatud valik kõrgsurverakendustes ehituses, sildades ja rasketes konstruktsioonides. Süsinikteras võib aga olla roostevaba terasega võrreldes rabedam ja vähem paindlik. Roostevabast terasest toru, mis on ka tugev, on suurem elastsus, mis tähendab, et see talub rohkem jõudu ilma purunemata. See elastsus muudab roostevaba terase eriti väärtuslikuks sellistes rakendustes nagu lennundus- ja autotööstus, kus on vaja nii paindlikkust kui ka tugevust. Lisaks on roostevaba terase elastsuspiir ligikaudu 50% selle voolavuspingest, mis erineb süsinikterasest. Survepiiriteenuse puhul langeb enamik otsuseid ikkagi nendele kahele sulamiperekonnale, kusjuures süsinikteras on kasulike rakenduste, protsesside ja konstruktsioonirakenduste tööhobune, samas kui roostevaba teras valitakse siis, kui korrosioonikindlus muutub domineerivaks probleemiks.
Korrosioonikindlus: kriitiline eristaja
Korrosioonikindlus on kõige olulisem praktiline erinevus nende kahe torumaterjali vahel. Süsinikterasest torud on väga vastuvõtlikud rooste- ja korrosioonile, eriti kui need puutuvad kokku märgade või karmides tingimustes ilma korraliku kaitsekatte või -töötluseta. Agressiivsetes keskkondades, näiteks kloriide sisaldavates keskkondades, on süsinikteras altid kiirele ühtlasele ja lokaalsele korrosioonile ning vesinikust põhjustatud pragunemisele. Kohalikud kogemused kinnitavad seda haavatavust: kerge süsinikterasest toruosad on täheldatud umbes 17-aastase kasutuse järel rikkis, samas kui roostevabast terasest asenduste puhul on sama kasutusiga eeldatavasti üle 100 aasta. Seevastu roostevabast terasest toru pakub oma kroomisisalduse tõttu silmapaistvat korrosioonikindlust. Kroom moodustab stabiilse, iseparaneva passiivse kile, mis hoiab ära roostetamise isegi niiskes, keemilises või merekeskkonnas. Kuigi süsinikteras võib teatud piiratud tingimustes, näiteks kontsentreeritud väävelhappes või ümbritseva õhu temperatuuril söövitavates lahustes korrosioonile vastu pidada, ei sobi see üldiselt rakendusteks, mis hõlmavad kloriide või pingekorrosioonipragusid. Roostevaba teras, eriti austeniit teras, tagab suurepärase jõudluse oksüdeerivates keskkondades, 304 ja 316 klassi kasutatakse laialdaselt keemia-, toidu-, farmaatsia- ja avamereteenustes. Siiski tuleb märkida, et isegi roostevaba terasel on piirangud: kloriidi sisaldavad lahused võivad austeniitsete klasside puhul põhjustada pingekorrosioonipragusid.
Keevitusomadused: erinevad lähenemisviisid
Süsinikterasest ja roostevabast terasest torude keevitamine nõuab põhimõtteliselt erinevaid tehnikaid ja kaalutlusi. Süsinikterasel on üldiselt hea keevitatavus, kuigi süsinikusisalduse suurenemine toob kaasa suurema kõvenemise tendentsi kuumusest mõjutatud tsoonis ja suurema vastuvõtlikkuse pragude tekkele. Süsinikterasest on sageli kasu eelsoojenduse ja minimaalse läbipääsudevahelise temperatuuri nõuetest, et vähendada vesiniku pragunemise ohtu. Roostevaba terase puhul peab keevitusmeetod arvestama selle selgeid füüsikalisi omadusi: austeniitse roostevaba terase soojuspaisumine on ligikaudu 50% suurem ja süsinikterase soojusjuhtivus on ligikaudu kolmandiku võrra suurem. Sulanud roostevaba keevismetall on vähem vedel kui süsinikterasest keevismetall, seega ei ole keevisõmbluse läbitungimine samade parameetrite puhul nii suur; kompenseerimiseks vajavad roostevabast terasest liigendid tavaliselt laiemat kaldpinda, peenemat juurepinda ja laiemat juurevahet. Roostevaba terase keevitamine kasutab soojuse sisendi vähendamiseks üldiselt 10–20% madalamat voolu kui süsinikterasest. Roostevaba teras vajab kuumade pragude ja muude kuumusega seotud probleemide vähendamiseks ka käikude vahel ülemist temperatuurilagi. Lisaks on austeniitsed roostevabad terased tundlikud kuumapragude suhtes ja vastuvõtlikud karbiidide sadenemisele, mistõttu on oluline õige täitematerjali valik ja kuumuse reguleerimine. Süsinikterasest torude levinumate keevitusmeetodite hulka kuuluvad MIG/MAG (GMAW) ja pulkkeevitus (SMAW), samas kui roostevabast terasest torusid keevitatakse tavaliselt TIG-ga (GTAW) ja harvem GMAW-ga.
Rakendused ja kasutusalad tööstuses
Iga materjali erinevad omadused suunavad need erinevatele rakendustele. Süsinikterasest toru jääb vaikevalikuks protsessitorustike, kommunaalliinide, konstruktsioonikolonnide ning nafta- ja gaasitranspordi pikamaatranspordi jaoks. Seda kasutatakse laialdaselt nafta- ja gaasitööstuses, elektritootmises, ehituses ning tööriistade, masinate ja autoosade tootmises. Madala rõhuga vee-, õhu- ja konstruktsioonirakenduste jaoks on ASTM A53 klass B kõige ökonoomsem valik. Kõrgtemperatuuriliste teenuste jaoks, nagu elektrijaama auruliinid ja rafineerimistehase protsessitorustik, on ASTM A106 klassi B ja C standardvarustuses. Roostevabast terasest toru on ette nähtud kõikjal, kus domineerivaks probleemiks on korrosioon, hügieen või kõrgendatud temperatuur koos oksüdatsioonikindlusega. Seda kasutatakse laialdaselt farmaatsia-, toidu-, tervishoiu- ja keskkondades, kus hügieen ja korrosioonikindlus on ülimalt tähtsad. Austeniitklassid 304/304L ja 316/316L tegelevad suurema osa toidu-, farmaatsia-, keemia- ja offshore-teenustega. Roostevaba terase esteetilised omadused muudavad selle populaarseks valikuks ka arhitektuuriliste ja dekoratiivsete rakenduste jaoks.
Kulud ja valikukriteeriumid
Majanduslikud kaalutlused kahe materjali vahel on olulised. Süsinikterasest torude tootmine on oluliselt soodsam kui roostevabast terasest torude tootmine, mistõttu on need eelistatud, kui eelarvepiirangud on esmatähtis. Kuid see madalam algkulu tuleb tasakaalustada kaitsekatte, regulaarse hoolduse ja võimaliku korrosioonist tingitud asendamise vajadusega. Roostevabast terasest torud, kuigi algselt kallimad, pakuvad pikaajalisi eeliseid, sealhulgas vähest hooldust ja erakordset vastupidavust, mis tavaliselt kompenseerivad kõrgema esialgse hinna. Valik süsinikterasest ja roostevabast terasest toru vahel sõltub lõppkokkuvõttes rõhu, temperatuuri, keskmise ja eeldatava kasutusea konkreetsest kombinatsioonist. Kui on vaja kulutõhusaid torusid ja korrosioon ei ole suur probleem, on süsinikteras suurepärane valik. Kui on vaja kauakestvaid torusid minimaalse hooldusega, eriti söövitavas või hügieenilises keskkonnas, on roostevaba teras parim valik. Nende põhiliste erinevuste mõistmine koostises, mehaanilistes omadustes, korrosioonikindluses, keevitusnõuetes ja kulustruktuuris võimaldab valida iga torustiku jaoks teadliku materjali.
